一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法技术

一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料制备方法，它涉及一种复合电极材料的制备方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有钠离子电池电极材料存在能量密度低，功率密度小，循环稳定性差等问题。方法：一、制备硬碳纤维布；二、利用溶剂热制备三维氧化钒纳米片阵列；三、退火处理，得到氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料。本发明专利技术制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料展现出良好的循环稳定性，500个循环后容量保留大于90％；在低的充放电电流密度0.1A/g下，其比容量约为135mAh/g，在高的充放电电流密度2A/g下，其比容量约为65mAh/g。本发明专利技术可获得一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合电极材料的制备方法。
技术介绍
随着经济和社会的高速发展，特别是工业化与科技化的今天，人类和能量更是密不可分。由于化石能源的大规模使用，使得化石燃料资源逐渐减少，同时对环境造成了巨大的污染，以传统化石能源为主的能源结构早已不能满足时代发展的需求，对新能源的开发与利用因此而变得迫切。目前已知的新能源如太阳能、风能、水能、潮汐能等，虽得到了不同程度的利用，但由于受季节、地区等因素的影响很大，不能持续稳定的供给使用，能量储存的概念应运而生。新能源技术的迅速发展对相应的能量储存设备的要求越来越高，多种多样的便携式电子设备的广泛使用，对轻便灵活的储能设备也提出更高的要求。为降低大气污染的程度，电动交通工具的发展已成为必然，这同样需要高性能的储能装置。目前锂离子电池是目前市场上的主流二次电池能量存储电源之一，但是全球的锂资源将无法有效满足动力锂离子电池的巨大需求。尽管新的锂源正同时被不断开发，金属锂也可一定程度的回收利用，但这些都存在一定的滞后性，从而将进一步推高与锂相关材料的价格，增大电池成本，最终阻碍新能源产业的发展。因此，开发其他廉价可替代锂离子电池的相关储能技术非常关键。钠在地球中蕴藏量丰富，位列第四位储量丰富元素，其存贮量比锂要高4～5个数量级，因此，用钠代替锂能缓解锂的资源短缺问题。钠离子电池在近些年引起了研究者与工业界的广泛关注。钠离子电池电极材料目前被广泛研究，但是多数电极材料还停留在实验室研发阶段，尚无成熟的商用的钠离子电池负极材料被应用，所以研究高容量的具有潜在商业应用价值的钠离子电池电极材料迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有钠离子电池电极材料存在能量密度低，功率密度小，循环稳定性差等问题，而提供一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法。一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备硬碳纤维布：利用无水乙醇对白色棉布清洗3次～5次，再进行干燥；将干燥后的白色棉布放入管式炉中，再在惰性气体保护下以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升至180℃～250℃，再在温度为180℃～250℃下保温40min～80min，再以2℃/min～4℃/min的升温速率从180℃～250℃升至900℃～1200℃，再在温度为900℃～1200℃下保温90min～150min，最后以3℃/min～5℃/min的降温速率从900℃～1200℃降至180℃～220℃，程序停止，自然降温至室温，退火处理结束，得到硬碳纤维布；二、利用溶剂热制备三维氧化钒纳米片阵列：将异丙醇加入到反应釜中，再将三异丙醇氧钒以5滴/min～10滴/min的滴加速度滴入到异丙醇中，再在搅拌速度为300r/min～500r/min下搅拌反应30min～60min，得到反应液；将步骤一中得到的硬碳纤维布浸入到反应液中，再将反应釜密封，将密封的反应釜放入温度为180℃～220℃的烘箱中反应6h～8h，再取出密封的反应釜，自然冷却至室温，得到负载氧化钒的硬碳纤维布；首先使用蒸馏水对负载氧化钒的硬碳纤维布清洗3次～5次，再使用无水乙醇清洗3次～5次，最后在超声功率为75W～100W下超声清洗1min～5min，取出后再在温度为60℃下干燥12h，得到三维氧化钒纳米片阵列；步骤二中所述的反应液中三异丙醇氧钒与异丙醇的体积比为(0.2～0.5):30；步骤二中所述的硬碳纤维布的质量与反应液的体积比为(0.5g～1g):30mL；三、退火处理：将步骤二中得到的三维氧化钒纳米片阵列放入管式炉中，再在空气气氛下将管式炉以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至280℃～320℃，再在温度为280℃～320℃下保温100min～150min，最后以3℃/min～6℃/min的降温速率从280℃～320℃降至室温，退火处理结束，得到氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料。与现有技术相比，本专利技术有以下优点：一、本专利技术提供的一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法可获得氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料，氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料作为三维维纳结构的电极材料，在制作电池时无需粘结剂与导电剂，便可用于钠离子电池负极材料；二、本专利技术制备工艺简单、制备条件温和、价格低廉、可以规模化生产；在提高储钠容量的同时还可大幅度减轻储能器件的重量，在未来的柔性可穿戴的器件中具有巨大的应用前景；三、本专利技术制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料展现出良好的循环稳定性，500个循环后容量保留大于90％；四、本专利技术制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料作为钠离子电池负极材料的扣式钠离子电池展现出良好的倍率性能，在低的充放电电流密度0.1A/g下，其比容量约为135mAh/g，在高的充放电电流密度2A/g下，其比容量约为65mAh/g。本专利技术可获得一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料。附图说明图1为实施例一步骤一得到的硬碳纤维布放大20000倍的SEM图；图2为实施例一制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料放大4000倍的SEM图；图3为实施例一制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料放大10000倍的SEM图；图4为实施例二制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料放大6000倍的SEM图；图5为实施例二制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料放大30000倍的SEM图；图6为以实施例一制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料作为钠离子电池负极材料的扣式钠离子电池的电极循环性能图；图7为以实施例一制备的氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料作为钠离子电池负极材料的扣式钠离子电池的倍率性能图，1为放电曲线，2为充电曲线，A为充放电电流密度为0.1A/g，B为充放电电流密度为0.2A/g，C为充放电电流密度为0.5A/g，D为充放电电流密度为1A/g，E为充放电电流密度为2A/g，F为充放电电流密度为0.2A/g，G为充放电电流密度为0.1A/g。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备硬碳纤维布：利用无水乙醇对白色棉布清洗3次～5次，再进行干燥；将干燥后的白色棉布放入管式炉中，再在惰性气体保护下以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升至180℃～250℃，再在温度为180℃～250℃下保温40min～80min，再以2℃/min～4℃/min的升温速率从180℃～250℃升至900℃～1200℃，再在温度为900℃～1200℃下保温90min～150min，最后以3℃/min～5℃/min的降温速率从900℃～1200℃降至180℃～220℃，程序停止，自然降温至室温，退火处理结束，得到硬碳纤维布；二、利用溶剂热制备三维氧化钒纳米片阵列：将异丙醇加入到反应釜中，再将三异丙醇氧钒以5滴/min～10滴/min的滴加速度滴入到异丙醇中，再在搅拌速度为300r/min～500r/min下搅拌反应30min～60min，得到反应液；将步骤一中得到的硬碳纤维布浸入到反应液中，再将反应釜密封，将密封的反应釜放入温度为180℃～220℃的烘箱中反应6h～8h，再取出密封的反应釜，自然冷却至室温，得到负载氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、制备硬碳纤维布：利用无水乙醇对白色棉布清洗3次～5次，再进行干燥；将干燥后的白色棉布放入管式炉中，再在惰性气体保护下以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升至180℃～250℃，再在温度为180℃～250℃下保温40min～80min，再以2℃/min～4℃/min的升温速率从180℃～250℃升至900℃～1200℃，再在温度为900℃～1200℃下保温90min～150min，最后以3℃/min～5℃/min的降温速率从900℃～1200℃降至180℃～220℃，程序停止，自然降温至室温，退火处理结束，得到硬碳纤维布；二、利用溶剂热制备三维氧化钒纳米片阵列：将异丙醇加入到反应釜中，再将三异丙醇氧钒以5滴/min～10滴/min的滴加速度滴入到异丙醇中，再在搅拌速度为300r/min～500r/min下搅拌反应30min～60min，得到反应液；将步骤一中得到的硬碳纤维布浸入到反应液中，再将反应釜密封，将密封的反应釜放入温度为180℃～220℃的烘箱中反应6h～8h，再取出密封的反应釜，自然冷却至室温，得到负载氧化钒的硬碳纤维布；首先使用蒸馏水对负载氧化钒的硬碳纤维布清洗3次～5次，再使用无水乙醇清洗3次～5次，最后在超声功率为75W～100W下超声清洗1min～5min，取出后再在温度为60℃下干燥12h，得到三维氧化钒纳米片阵列；步骤二中所述的反应液中三异丙醇氧钒与异丙醇的体积比为(0.2～0.5):30；步骤二中所述的硬碳纤维布的质量与反应液的体积比为(0.5g～1g):30mL；三、退火处理：将步骤二中得到的三维氧化钒纳米片阵列放入管式炉中，再在空气气氛下将管式炉以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至280℃～320℃，再在温度为280℃～320℃下保温100min～150min，最后以3℃/min～6℃/min的降温速率从280℃～320℃降至室温，退火处理结束，得到氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、制备硬碳纤维布：利用无水乙醇对白色棉布清洗3次～5次，再进行干燥；将干燥后的白色棉布放入管式炉中，再在惰性气体保护下以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升至180℃～250℃，再在温度为180℃～250℃下保温40min～80min，再以2℃/min～4℃/min的升温速率从180℃～250℃升至900℃～1200℃，再在温度为900℃～1200℃下保温90min～150min，最后以3℃/min～5℃/min的降温速率从900℃～1200℃降至180℃～220℃，程序停止，自然降温至室温，退火处理结束，得到硬碳纤维布；二、利用溶剂热制备三维氧化钒纳米片阵列：将异丙醇加入到反应釜中，再将三异丙醇氧钒以5滴/min～10滴/min的滴加速度滴入到异丙醇中，再在搅拌速度为300r/min～500r/min下搅拌反应30min～60min，得到反应液；将步骤一中得到的硬碳纤维布浸入到反应液中，再将反应釜密封，将密封的反应釜放入温度为180℃～220℃的烘箱中反应6h～8h，再取出密封的反应釜，自然冷却至室温，得到负载氧化钒的硬碳纤维布；首先使用蒸馏水对负载氧化钒的硬碳纤维布清洗3次～5次，再使用无水乙醇清洗3次～5次，最后在超声功率为75W～100W下超声清洗1min～5min，取出后再在温度为60℃下干燥12h，得到三维氧化钒纳米片阵列；步骤二中所述的反应液中三异丙醇氧钒与异丙醇的体积比为(0.2～0.5):30；步骤二中所述的硬碳纤维布的质量与反应液的体积比为(0.5g～1g):30mL；三、退火处理：将步骤二中得到的三维氧化钒纳米片阵列放入管式炉中，再在空气气氛下将管式炉以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至280℃～320℃，再在温度为280℃～320℃下保温100min～150min，最后以3℃/min～6℃/min的降温速率从280℃～320℃降至室温，退火处理结束，得到氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的惰性气体为氩气或氮气。3.根据权利要求1所述的一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中利用无水乙醇对白色棉布清洗3次～4次，再进行干燥；将干燥后的白色棉布放入管式炉中，再在惰性气体保护下以2℃/min～3℃/min的升温速率从室温升至180℃～200℃，再在温度为180℃～200℃下保温40min～60min，再以2℃/min～3℃/min的升温速率从180℃～200℃升至900℃～1000℃，再在温度为900℃～1000℃下保温90min～120min，最后以3℃/min～4℃/min的降温速率从900℃～1000℃降至180℃～200℃，程序停止，自然降温至室温，退火处理结束，得到硬碳纤维布。4.根据权利要求1所述的一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中利用无水乙醇对白色棉布清洗4次～5次，再进行干燥；将干燥后的白色棉布放入管式炉中，再在惰性气体保护下以3℃/min～4℃/min的升温速率从室温升至200℃～250℃，再在温度为200℃～250℃下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓旭，张晓兰，王影，池红岩，闫凯，朱波，孙飞，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23